Laboratorul numarul 6 Reglarea turaţiei motorului asincron prin variația frecvenței de alimentare cu păstrarea raporului U/f constant Expresia turaţie

Transcriere

1 Laboratorul numarul 6 Reglarea turaţiei motorului asincron prin variația frecvenței de alimentare cu păstrarea raporului U/f constant Expresia turaţiei câmpului magnetic învârtitor (turația de sincronism) este: [rot/min] unde: f 1 - frecvenţa tensiunii de alimentare; p - numărul de perechi de poli: Prin modificarea frecvenţei tensiunii de alimentare a maşinii asincrone se poate obţine o variaţie a turaţiei de sincronism şi, în funcţie de cuplul rezistent, se modifică turaţia rotorului în scurtcircuit. Acest procedeu, al cărui domeniu de aplicaţie se lărgeşte în ultimul timp, foloseşte un motor cu construcţie simplă de preţ redus şi robust, dar necesită un convertor şi o comandă adecvată. Performanţele convertoarelor statice de frecvenţă depind de caracteristicile semiconductoarelor pe care le folosesc. Componentele electronice existente pe piaţă răspund aproape în totalitate nevoilor industriale atât din punct de vedere tehnic cât şi din punct de vedere economic. Progresele înregistrate în domeniul microprocesoarelor permit implementarea unor comenzi performante cu costuri reduse. În raport cu alte soluţii tehnice, procedeul variaţiei vitezei motoarelor asincrone cu rotor în colivie asociate cu convertoare de frecvenţă, prezintă printre altele şi avantajele: - ameliorarea exploatării proceselor industriale prin creşterea supleţei comenzii motorului de acţionare, - optimizarea consumului de energie electrică, - creşterea securităţii şi siguranţei acţionării. Pentru obţinerea unor tensiuni de valori efective şi frecvenţe variabile aplicate motorului, pornind de la tensiuni de valori efective şi frecvenţe constante, furnizate de reţeaua industrială de 50Hz se utilizează fie un convertor direct (sau cicloconvertizor), fie un convertor indirect sub forma unei cascade redresor invertor. Convertoarele indirecte pot fi invertoare de tensiune sau invertoare de curent. Invertorul sau ondulorul este un dispozitiv electronic care transformă curentul continuu în curent alternativ de frecvenţă variabilă. Alegerea unei soluţii dintre cele trei enumerate mai sus este dictată de: puterea motorului, plaja de frecvenţe ce se cere a fi obţinută şi existenţa unor condiţii specifice privind reversibilitatea funcţionării.

2 Invertorul de tensiune este indicat pentru asocierea cu motorul asincron, datorită faptului că inductanţa motorului se comportă ca un filtru trece jos, iar curenţii au un conţinut de armonici inferior celui al tensiunilor furnizate. Cel mai des folosit invertor de tensiune este cel cu modulaţie în lăţime a impulsurilor, MLI, sau PWM (Pulse Width Modulation) care permite modificarea atât a valorii tensiunii cât şi a frecvenţei de ieşire. Schema de principiu este prezentată în figura Se cunosc mai multe procedee de MLI, dintre care se enumeră: modulaţia sinus triunghi, modulaţia vectorială, modulaţia în delta. Folosirea invertorului de tensiune pune frecvent şi problema reversibilităţii; dacă motorul asincron funcţionează în regim de generator, curentul activ de la intrarea în invertor se inversează, iar circuitul plasat la intrarea în invertor trebuie să fie capabil să permită această circulaţie inversă. L1 L2 L3 Redr L1 L2 L3 Redr.1 L f Cf Filtru L f Cf i d U d Inv Redr.2 MA i d L f C f U d Filtru a) Ondulor de tensiune (invertor) Fig. 1. Invertoare de tensiune: a) ireversibil; b) reversibil b) În figura 2. a) se prezintă familia de caracteristici mecanice n=f(m) în mărimi relative, în condiţiile variaţiei frecvenţei. Caracteristicile s-au trasat pe cât posibil pe porţiunile lor stabile. Pentru f 1 <f 1N s-au trasat curbele A, B, C şi D în condiţiile U/f=ct.

3 2, n/n 1 J I H C 2 U 1 =ct, G F P=ct C 1 E naturală f 1 /f 1N = 2,5 2,25 2,0 1,75 C 0 1,5 1,25 1,0 M,U 1,P U 1 /f 1 =ct M =ct U 1 =ct A U 1 /f 1 =ct, B 0,75 M =var. C 0,5 P 0,25 D M/M N f 1 / f 1N 1 a) 2 b) Fig. 2. Caracteristicile motoarelor asincrone la comanda în frecvenţă M U 1 P =ct P =var. Punctele corespunzătoare cuplului nominal arată că turaţia se poate modifica din apropierea lui 0 până la n 1N, aşa cum se petrece şi la motorul de c.c. cu excitaţie separată (derivaţie). Capacitatea de suprasarcină a motorului este menţinută la aceeaşi valoare, întrucât M cr /M N =ct. Pentru tensiunea U 1, cuplul M şi puterea activă P se prezintă dependenţele lor de f 1, în figura 2. b), - porţiunea de abscise cuprinse între 0 şi 1. Pentru f 1 >f 1N se menţine U 1 =ct. şi se creşte frecvenţa peste f 1N. Se obţin caracteristicile mecanice E, F, G, H, ale căror valori de cupluri maxime se diminuează o dată cu creşterea frecvenţei. Procedeu experimental Se vor trasa caracteristicile de funcţionare ale unui motor asincron trifazat, cu rotor în scurtcircuit construcţie directă, pentru alimentarea acestuia cu tensiune variabilă păstrând constat raportul U/f. Încărcarea motorului se face cu ajutorul motorului frânei electromagnetice alimentată în curent continuu. Standul numărul 1. Lucas-Nulle Unitate de control - n= 3000 rot/min; - M=10 Nm MA Motor de antrenare Motor asincron alimentat de unitatea de control Standul numărul 2.- Wuekro Unitate de control - n= 1500 rot/min - M=10 Nm Motor de antrenare Motor de curent continuu alimentat de unitatea de control

4 MA2 Motor asincron - U=400 VAC; - P=1,5 kw; - n 1 = 1500 rot/min; - I 1 =1,25 A Motor asincron - U=400 VAC; - P=1,5 kw; - n 1 = 1500 rot/min; - I 1 =1,25 A K Întrerupător de sarcină Întrerupător de sarcină Trusă de măsură trifazată (V, A și W) Trusă de măsură trifazată (V, A și W) CF Convertor de frecveță Convertor de frecveță Schema de încercări: Fig. 3. Schema de încercări pentru variația turației motorului asincron trifazat prin intermediul convertorului de frecvență Astfel: - Se antrenează motorul în gol prin închiderea întrerupătorului K pentru frecvența f=50hz; - Se încarcă în cuplu rezistent motorul prin intermediul potențiometrului de pe unitatea de control a frânei electromagnetice.

5 - Astfel se completează tabelul de mai jos: M 2 n ω P 1 I 1 U 1 P 2 η cosφ [Nm] [rot/min] [rad/sec] [W] [A] [V] [W] [%] Pentru alte două valori de frecvență, f=35 Hz și f=20 Hz, cu păstrarea raportului U/f=ct, se procedeaza la fel: - Astfel se completează tabelul de mai jos: M 2 n ω P 1 I 1 U 1 P 2 η cosφ [Nm] [rot/min] [rad/sec] [W] [A] [V] [W] [%] În continuare se vor trasa caracteristicile de funcționare pentru motorul asincron pentru cele trei frecvențe de alimentare, după cum urmează:

6 η[%] cosϕ Fig. 4 Caracteristica randamentului Fig. 5 Caracteristica factorului de putere

7 s I 1 [A] Fig. 6 Caracteristica alunecării Fig. 7 Caracteristica curentului absorbit

8 n [rot/min] P 1 [W] Fig. 8 Caracteristica mecanică M 2 [Nm] Fig. 9 Caracteristica puterii absorbite